JPH0845648A - セラミックヒータ - Google Patents
セラミックヒータInfo
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- JPH0845648A JPH0845648A JP6200236A JP20023694A JPH0845648A JP H0845648 A JPH0845648 A JP H0845648A JP 6200236 A JP6200236 A JP 6200236A JP 20023694 A JP20023694 A JP 20023694A JP H0845648 A JPH0845648 A JP H0845648A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
- C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
- C04B41/5071—Silicides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/90—Electrical properties
- C04B2111/94—Electrically conducting materials
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温での抵抗値変化が小さく、クラックの生
じないセラミックヒータを得ることを目的とする。 【構成】 セラミックヒータ１は電気絶縁性の支持体３
と、その先端部に一体に形成される導電性の発熱体２を
有する。支持体３と発熱体２はいずれも導電性のＭｏＳ
ｉ2 と絶縁性のＳｉ3 Ｎ4 の混合焼結体よりなり、支持
体３はＭｏＳｉ2粒子がこれを包むＳｉ3 Ｎ4 粒子で互
いに分断されて絶縁性を示し、上記発熱体２は、互いに
連続するＭｏＳｉ2 粒子でＳｉ3 Ｎ4 を包むことにより
導電性を示す。支持体３および発熱体２には、焼結助剤
としてＹ2 Ｏ3 またはＹｂ2 Ｏ3 等の希土類元素の酸化
物とＡｌ2 Ｏ3 を添加してあり、支持体３のＹ2 Ｏ3 ま
たはＹｂ2 Ｏ3 添加量を発熱体２より多くすることで、
通電の繰り返しによる抵抗値変化を抑制する。また発熱
体２のＡｌ2 Ｏ3 添加量を支持体３よりも多くすること
で、クラックの発生を防止する。
じないセラミックヒータを得ることを目的とする。 【構成】 セラミックヒータ１は電気絶縁性の支持体３
と、その先端部に一体に形成される導電性の発熱体２を
有する。支持体３と発熱体２はいずれも導電性のＭｏＳ
ｉ2 と絶縁性のＳｉ3 Ｎ4 の混合焼結体よりなり、支持
体３はＭｏＳｉ2粒子がこれを包むＳｉ3 Ｎ4 粒子で互
いに分断されて絶縁性を示し、上記発熱体２は、互いに
連続するＭｏＳｉ2 粒子でＳｉ3 Ｎ4 を包むことにより
導電性を示す。支持体３および発熱体２には、焼結助剤
としてＹ2 Ｏ3 またはＹｂ2 Ｏ3 等の希土類元素の酸化
物とＡｌ2 Ｏ3 を添加してあり、支持体３のＹ2 Ｏ3 ま
たはＹｂ2 Ｏ3 添加量を発熱体２より多くすることで、
通電の繰り返しによる抵抗値変化を抑制する。また発熱
体２のＡｌ2 Ｏ3 添加量を支持体３よりも多くすること
で、クラックの発生を防止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックヒータに関
し、特に、ディーゼルエンジンのセラミックグロープラ
グ等に好適に使用されるセラミックヒータに関するもの
である。
し、特に、ディーゼルエンジンのセラミックグロープラ
グ等に好適に使用されるセラミックヒータに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの始動を補助するた
めに、燃焼室内にセラミックグロープラグを配置し、発
熱部に通電加熱して燃料の着火、燃焼を促すことが行な
われている。この発熱部を構成するセラミックヒータと
しては、従来より種々のものが提案されており、例え
ば、特開昭６２−１４０３８６号公報には、サイアロン
焼結体中に導電性の窒化チタンを分散させた複合焼結体
を用いたヒータが開示されている。
めに、燃焼室内にセラミックグロープラグを配置し、発
熱部に通電加熱して燃料の着火、燃焼を促すことが行な
われている。この発熱部を構成するセラミックヒータと
しては、従来より種々のものが提案されており、例え
ば、特開昭６２−１４０３８６号公報には、サイアロン
焼結体中に導電性の窒化チタンを分散させた複合焼結体
を用いたヒータが開示されている。
【０００３】また、絶縁性セラミックよりなる支持体の
先端に、導電性セラミックよりなる発熱体を設けたセラ
ミックヒータが知られ、例えば、窒化珪素、酸化アルミ
ニウム等よりなる棒状の絶縁性セラミックの先端に、窒
化珪素と珪化モリブデンの混合体等よりなるＵ字状の導
電性セラミックを設けた構成のものがある。
先端に、導電性セラミックよりなる発熱体を設けたセラ
ミックヒータが知られ、例えば、窒化珪素、酸化アルミ
ニウム等よりなる棒状の絶縁性セラミックの先端に、窒
化珪素と珪化モリブデンの混合体等よりなるＵ字状の導
電性セラミックを設けた構成のものがある。
【０００４】ところが、上記従来のセラミックヒータ
は、支持体と発熱体の熱膨張係数差から、急速な昇温、
または冷却により両者の間に熱応力が発生し、接合部を
破損するおそれがあった。そこで本出願人は、先に、支
持体と発熱体とをいずれも導電性の珪化モリブデン（Ｍ
ｏＳｉ2 ）と絶縁性の窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の混合体
で構成し、支持体においては導電性のＭｏＳｉ2 粒子が
これを包む絶縁性のＳｉ3 Ｎ4 粒子により互いに分断さ
れることにより絶縁性を示し、発熱体においては、互い
に連続する導電性のＭｏＳｉ2 粒子で絶縁性のＳｉ3 Ｎ
4 粒子を包むことにより導電性を示すようになしたセラ
ミックヒータを提案した（特開昭６３−９６８８３号公
報）。具体的には、支持体と発熱体の基本成分をいずれ
も７０Ｓｉ3 Ｎ4 −３０ＭｏＳｉ2 （重量％）とし、こ
れらの総量に対し焼結助剤として、例えば酸化イットリ
ウム（Ｙ2 Ｏ3 ）を７重量％、酸化アルミニウム（Ａｌ
2 Ｏ3 ）を３重量％添加しており、支持体と発熱体を同
一組成とすることで、熱応力が大幅に緩和される。
は、支持体と発熱体の熱膨張係数差から、急速な昇温、
または冷却により両者の間に熱応力が発生し、接合部を
破損するおそれがあった。そこで本出願人は、先に、支
持体と発熱体とをいずれも導電性の珪化モリブデン（Ｍ
ｏＳｉ2 ）と絶縁性の窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の混合体
で構成し、支持体においては導電性のＭｏＳｉ2 粒子が
これを包む絶縁性のＳｉ3 Ｎ4 粒子により互いに分断さ
れることにより絶縁性を示し、発熱体においては、互い
に連続する導電性のＭｏＳｉ2 粒子で絶縁性のＳｉ3 Ｎ
4 粒子を包むことにより導電性を示すようになしたセラ
ミックヒータを提案した（特開昭６３−９６８８３号公
報）。具体的には、支持体と発熱体の基本成分をいずれ
も７０Ｓｉ3 Ｎ4 −３０ＭｏＳｉ2 （重量％）とし、こ
れらの総量に対し焼結助剤として、例えば酸化イットリ
ウム（Ｙ2 Ｏ3 ）を７重量％、酸化アルミニウム（Ａｌ
2 Ｏ3 ）を３重量％添加しており、支持体と発熱体を同
一組成とすることで、熱応力が大幅に緩和される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、セラ
ミックヒータの速熱性をさらに向上し、エンジン始動ま
での待ち時間を短縮しようとする要求が高まっており、
これに伴いヒータの温度を従来の１０００℃〜１１００
℃から１２００℃〜１３００℃にする必要が生じてい
る。
ミックヒータの速熱性をさらに向上し、エンジン始動ま
での待ち時間を短縮しようとする要求が高まっており、
これに伴いヒータの温度を従来の１０００℃〜１１００
℃から１２００℃〜１３００℃にする必要が生じてい
る。
【０００６】しかしながら、最高温度を１３００℃に設
定した上記構成のセラミックヒータをエンジンで使用し
たところ、次のような問題が生じた。その１つは、長時
間の使用で抵抗値が上昇することで、飽和温度が低くな
ってエンジンの始動性が悪くなる。もう１つは、セラミ
ックヒータの、燃料が直撃する部分にクラックが発生す
る場合があることで、このクラックが進展すると、ヒー
タの一部がエンジン内に脱落し、エンジンが損傷するお
それがある。
定した上記構成のセラミックヒータをエンジンで使用し
たところ、次のような問題が生じた。その１つは、長時
間の使用で抵抗値が上昇することで、飽和温度が低くな
ってエンジンの始動性が悪くなる。もう１つは、セラミ
ックヒータの、燃料が直撃する部分にクラックが発生す
る場合があることで、このクラックが進展すると、ヒー
タの一部がエンジン内に脱落し、エンジンが損傷するお
それがある。
【０００７】これらの原因につき調査した結果、以下の
ことが判明した。先ず、抵抗値上昇については、長時間
使用して抵抗値が上昇したヒータを軸方向に切断し、発
熱体およびその近傍を調査した結果、発熱体のＵ字状に
屈曲する先端部の、正または負電極よりの端部で発熱体
が最高温度になること、このうち負電極側の最高温度部
にイットリウム（Ｙ）が集中し、逆に正電極側にはＹが
ほとんど存在せず、モリブデン（Ｍｏ）の酸化物が多く
なっていることがわかった。また、発熱体の両最高温度
部間に位置する支持体においても、同様に、負電極側で
Ｙが多く、次第にＹが減少して正電極側ではＹがほとん
ど存在していなかった。
ことが判明した。先ず、抵抗値上昇については、長時間
使用して抵抗値が上昇したヒータを軸方向に切断し、発
熱体およびその近傍を調査した結果、発熱体のＵ字状に
屈曲する先端部の、正または負電極よりの端部で発熱体
が最高温度になること、このうち負電極側の最高温度部
にイットリウム（Ｙ）が集中し、逆に正電極側にはＹが
ほとんど存在せず、モリブデン（Ｍｏ）の酸化物が多く
なっていることがわかった。また、発熱体の両最高温度
部間に位置する支持体においても、同様に、負電極側で
Ｙが多く、次第にＹが減少して正電極側ではＹがほとん
ど存在していなかった。
【０００８】この現象は、通電により生じる電界の作用
により、高温部のＹ2 Ｏ3 が分解されてＹが負電極側に
移動し、正電極側では残った酸素がＭｏＳｉ2 を酸化し
て、ＭｏＳｉ2 よりなる電流パスが細化または断線した
ことを意味する。特に、１３００℃という高温状態で
は、上記のＹの移動が起こりやすくなって、これが抵抗
値上昇の原因になったものと考えられる。
により、高温部のＹ2 Ｏ3 が分解されてＹが負電極側に
移動し、正電極側では残った酸素がＭｏＳｉ2 を酸化し
て、ＭｏＳｉ2 よりなる電流パスが細化または断線した
ことを意味する。特に、１３００℃という高温状態で
は、上記のＹの移動が起こりやすくなって、これが抵抗
値上昇の原因になったものと考えられる。
【０００９】一方、クラックの発生については、未使用
のヒータを軸方向に切断し、詳細に観察すると、発熱体
にポアが認められた。上記構成のセラミックヒータは熱
応力が小さくなるように支持体と発熱体とを同一組成と
しているが、それぞれに絶縁性または導電性という相反
する特性を付与するため、セラミック粒子の粒径を変え
ており、発熱体では、平均粒径１３μm のＳｉ3 Ｎ4 と
０．９μm のＭｏＳｉ2 を、支持体では平均粒径０．６
μm のＳｉ3 Ｎ4 と平均粒径０．９μm のＭｏＳｉ2 を
用いている。従って、セラミック粒子の粒径の差により
支持体と発熱体の最適焼結条件にずれを生じ、発熱体が
焼結不足になってポアが生じたものと考えられる。そし
て、１３００℃という新たな温度条件において、このポ
アがクラックを誘発する要因となり、表面と内部および
軸方向での温度差や噴霧燃料による冷却等により熱応力
が作用し、耐熱衝撃性を低下させたものと思われる。
のヒータを軸方向に切断し、詳細に観察すると、発熱体
にポアが認められた。上記構成のセラミックヒータは熱
応力が小さくなるように支持体と発熱体とを同一組成と
しているが、それぞれに絶縁性または導電性という相反
する特性を付与するため、セラミック粒子の粒径を変え
ており、発熱体では、平均粒径１３μm のＳｉ3 Ｎ4 と
０．９μm のＭｏＳｉ2 を、支持体では平均粒径０．６
μm のＳｉ3 Ｎ4 と平均粒径０．９μm のＭｏＳｉ2 を
用いている。従って、セラミック粒子の粒径の差により
支持体と発熱体の最適焼結条件にずれを生じ、発熱体が
焼結不足になってポアが生じたものと考えられる。そし
て、１３００℃という新たな温度条件において、このポ
アがクラックを誘発する要因となり、表面と内部および
軸方向での温度差や噴霧燃料による冷却等により熱応力
が作用し、耐熱衝撃性を低下させたものと思われる。
【００１０】本発明は、上記実情に鑑みなされたもので
あり、１３００℃以上の高温条件下でも抵抗値の変化が
小さく、かつクラックの生じない耐熱衝撃性に優れたセ
ラミックヒータを提供することを目的とするものであ
る。
あり、１３００℃以上の高温条件下でも抵抗値の変化が
小さく、かつクラックの生じない耐熱衝撃性に優れたセ
ラミックヒータを提供することを目的とするものであ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の構成を図１で説
明すると、セラミックヒータ１は、電気絶縁性の支持体
３と、その先端部に一体に形成される導電性の発熱体２
を備え、上記支持体３および上記発熱体２はいずれも導
電性セラミックと絶縁性セラミックの混合焼結体よりな
る。上記支持体３は、導電性セラミック粒子がこれを包
む絶縁性セラミック粒子により互いに分断されることに
より絶縁性を示し、上記発熱体２は、互いに連続する導
電性セラミック粒子で絶縁性セラミック粒子を包むこと
により導電性を示している。そして、上記発熱体２は、
焼結助剤として少なくとも酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ
3 ）を、上記支持体３は、焼結助剤として少なくとも希
土類元素の酸化物およびＡｌ2 Ｏ3 を含有し、かつ上記
発熱体２のＡｌ2 Ｏ3 添加量を上記支持体３のＡｌ2 Ｏ
3 添加量よりも多くしてある（請求項１）。
明すると、セラミックヒータ１は、電気絶縁性の支持体
３と、その先端部に一体に形成される導電性の発熱体２
を備え、上記支持体３および上記発熱体２はいずれも導
電性セラミックと絶縁性セラミックの混合焼結体よりな
る。上記支持体３は、導電性セラミック粒子がこれを包
む絶縁性セラミック粒子により互いに分断されることに
より絶縁性を示し、上記発熱体２は、互いに連続する導
電性セラミック粒子で絶縁性セラミック粒子を包むこと
により導電性を示している。そして、上記発熱体２は、
焼結助剤として少なくとも酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ
3 ）を、上記支持体３は、焼結助剤として少なくとも希
土類元素の酸化物およびＡｌ2 Ｏ3 を含有し、かつ上記
発熱体２のＡｌ2 Ｏ3 添加量を上記支持体３のＡｌ2 Ｏ
3 添加量よりも多くしてある（請求項１）。
【００１２】また、上記発熱体２は、焼結助剤として、
Ａｌ2 Ｏ3 に加え希土類元素の酸化物を含有していても
よく、この場合は、上記支持体３の希土類元素の酸化物
の添加量を上記発熱体２のそれより多く、上記発熱体２
のＡｌ2 Ｏ3 添加量を上記支持体３のそれよりも多くす
る（請求項３）。
Ａｌ2 Ｏ3 に加え希土類元素の酸化物を含有していても
よく、この場合は、上記支持体３の希土類元素の酸化物
の添加量を上記発熱体２のそれより多く、上記発熱体２
のＡｌ2 Ｏ3 添加量を上記支持体３のそれよりも多くす
る（請求項３）。
【００１３】上記発熱体２において、導電性セラミック
および絶縁性セラミックの総量に対するＡｌ2 Ｏ3 添加
量は０．１〜１５重量％とすることが好ましい（請求項
２）。また、希土類元素の酸化物を含有する場合の、導
電性セラミックおよび絶縁性セラミックの総量に対する
添加量は０．１〜１９．５重量％とし、かつこれら焼結
助剤の添加総量を２５重量％以下とするのがよい（請求
項４）。
および絶縁性セラミックの総量に対するＡｌ2 Ｏ3 添加
量は０．１〜１５重量％とすることが好ましい（請求項
２）。また、希土類元素の酸化物を含有する場合の、導
電性セラミックおよび絶縁性セラミックの総量に対する
添加量は０．１〜１９．５重量％とし、かつこれら焼結
助剤の添加総量を２５重量％以下とするのがよい（請求
項４）。
【００１４】上記支持体３においては、導電性セラミッ
クおよび絶縁性セラミックの総量に対する希土類元素の
酸化物の添加量を０．１〜２０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 の添
加量を０．１〜１４．５重量％とし、これら焼結助剤の
添加総量を２５重量％以下とすることが望ましい（請求
項５）。
クおよび絶縁性セラミックの総量に対する希土類元素の
酸化物の添加量を０．１〜２０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 の添
加量を０．１〜１４．５重量％とし、これら焼結助剤の
添加総量を２５重量％以下とすることが望ましい（請求
項５）。
【００１５】上記支持体３の希土類元素の酸化物の添加
量は、上記発熱体２より０．５重量％以上多くし、上記
発熱体２のＡｌ2 Ｏ3 添加量は、上記支持体３より０．
５重量％以上多くするのがよい（請求項６）。
量は、上記発熱体２より０．５重量％以上多くし、上記
発熱体２のＡｌ2 Ｏ3 添加量は、上記支持体３より０．
５重量％以上多くするのがよい（請求項６）。
【００１６】上記希土類の酸化物としては、酸化イット
リウム（Ｙ2 Ｏ3 ）、または酸化イッテルビウム（Ｙｂ
2 Ｏ3 ）等が挙げられる（請求項７）。上記絶縁性セラ
ミックとしては、窒化珪素が好適に使用される。また、
上記導電性セラミックとしては、金属の炭化物、珪化
物、窒化物、またはホウ化物が使用でき、これらより選
ばれた少なくとも１種を使用すればよい（請求項８）。
リウム（Ｙ2 Ｏ3 ）、または酸化イッテルビウム（Ｙｂ
2 Ｏ3 ）等が挙げられる（請求項７）。上記絶縁性セラ
ミックとしては、窒化珪素が好適に使用される。また、
上記導電性セラミックとしては、金属の炭化物、珪化
物、窒化物、またはホウ化物が使用でき、これらより選
ばれた少なくとも１種を使用すればよい（請求項８）。
【００１７】
【作用】発熱体２は、Ｕ字状に屈曲する先端部の、正ま
たは負電極よりの端部（図１のａまたはｂの部分）で最
高温度になる。本発明のセラミックヒータ１は、支持体
３の希土類元素の酸化物、例えばＹ2 Ｏ3 添加量が、発
熱体２のＹ2 Ｏ3 添加量より多いので、発熱体２の上記
ａまたはｂで示される部分の間にＹ2 Ｏ3 の多い支持体
３が存在することになる（図１のｃの部分）。通電時、
ヒーター材に電界が作用すると、発熱体２の負電極側の
最高温度部へ向けてＹの移動が生じるが、まず、その近
傍のＹ2 Ｏ3 の多い支持体３からＹが移動し、Ｙが移動
した部位には、その周囲の支持体３からさらにＹが移動
する。この時、発熱体２の正電極側の最高温度部の周囲
には、Ｙ2 Ｏ3 の多い支持体３が存在するため、発熱体
２中のＹの移動は起こりにくい。そして、支持体３中の
Ｙがある程度移動し、発熱体２のＹ2 Ｏ3 量とほぼ同量
となるまで、発熱体２の正電極側におけるＹの移動は起
こらず、抵抗値の上昇が抑制される。
たは負電極よりの端部（図１のａまたはｂの部分）で最
高温度になる。本発明のセラミックヒータ１は、支持体
３の希土類元素の酸化物、例えばＹ2 Ｏ3 添加量が、発
熱体２のＹ2 Ｏ3 添加量より多いので、発熱体２の上記
ａまたはｂで示される部分の間にＹ2 Ｏ3 の多い支持体
３が存在することになる（図１のｃの部分）。通電時、
ヒーター材に電界が作用すると、発熱体２の負電極側の
最高温度部へ向けてＹの移動が生じるが、まず、その近
傍のＹ2 Ｏ3 の多い支持体３からＹが移動し、Ｙが移動
した部位には、その周囲の支持体３からさらにＹが移動
する。この時、発熱体２の正電極側の最高温度部の周囲
には、Ｙ2 Ｏ3 の多い支持体３が存在するため、発熱体
２中のＹの移動は起こりにくい。そして、支持体３中の
Ｙがある程度移動し、発熱体２のＹ2 Ｏ3 量とほぼ同量
となるまで、発熱体２の正電極側におけるＹの移動は起
こらず、抵抗値の上昇が抑制される。
【００１８】また、Ａｌ2 Ｏ3 は低融点で焼結を促進す
る作用を有する。本発明のセラミックヒータ１は、この
Ａｌ2 Ｏ3 の発熱体２への添加量が支持体３より多いの
で、発熱体２の焼結が促進され、焼結不足が解消され
る。従って、焼結体中のポアが大幅に減少し、クラック
の発生を防止する。
る作用を有する。本発明のセラミックヒータ１は、この
Ａｌ2 Ｏ3 の発熱体２への添加量が支持体３より多いの
で、発熱体２の焼結が促進され、焼結不足が解消され
る。従って、焼結体中のポアが大幅に減少し、クラック
の発生を防止する。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。図２
には本発明を適用したディーゼルエンジンのグロープラ
グを示す。６は両端開口の筒状金属ハウジングであり、
その下端開口内に筒状金属部材６１が固着してある。上
記ハウジング６内には下方より本発明のセラミックヒー
タ１が挿通され、その中間部を、上記筒状金属部材６１
に嵌合固定してある。ハウジング６の中央部外周には取
付けネジ６２が形成してあり、グロープラグは該取付け
ネジ６２にて図略のエンジンに取付けられる。
には本発明を適用したディーゼルエンジンのグロープラ
グを示す。６は両端開口の筒状金属ハウジングであり、
その下端開口内に筒状金属部材６１が固着してある。上
記ハウジング６内には下方より本発明のセラミックヒー
タ１が挿通され、その中間部を、上記筒状金属部材６１
に嵌合固定してある。ハウジング６の中央部外周には取
付けネジ６２が形成してあり、グロープラグは該取付け
ネジ６２にて図略のエンジンに取付けられる。
【００２０】上記セラミックヒータ１の上端部には、電
源接続用の金属キャップ７が固定してあり、金属キャッ
プ７は、上記ハウジング６の上半部内に挿通された金属
製の中軸８と、金属線７１により接続されている。上記
ハウジング６上端部の、中軸８周りにはガラスシール９
が配設され、さらに上方より絶縁ブッシュ１０が嵌着さ
れて、上記中軸８を電気的に絶縁している。中軸８の基
端部には、図略の電源に接続される雄ネジ８１が形成し
てあり、上記絶縁ブッシュ１０は上記雄ネジ８１に螺着
されたナット８２にて固定される。
源接続用の金属キャップ７が固定してあり、金属キャッ
プ７は、上記ハウジング６の上半部内に挿通された金属
製の中軸８と、金属線７１により接続されている。上記
ハウジング６上端部の、中軸８周りにはガラスシール９
が配設され、さらに上方より絶縁ブッシュ１０が嵌着さ
れて、上記中軸８を電気的に絶縁している。中軸８の基
端部には、図略の電源に接続される雄ネジ８１が形成し
てあり、上記絶縁ブッシュ１０は上記雄ネジ８１に螺着
されたナット８２にて固定される。
【００２１】図１には上記セラミックヒータ１の詳細を
示す。図において、セラミックヒータ１は、断面円形の
棒状体である支持体３と、支持体３の先端部内に埋設さ
れる断面Ｕ字形の発熱体２からなる。発熱体２の一端に
は電極線４の先端４１が埋設され、電極線４の他端は支
持体３の基端部へ延びて支持体３の外周表面に露出する
端子部４２を形成している。また発熱体２の他端には電
極線５の先端５１が埋設され、電極線５の他端は支持体
３の中間部で支持体３の外周表面に露出する端子部５２
を形成している。なお、上記電極線４、５はタングステ
ン、モリブデン等の高融点金属またはその合金からな
る。
示す。図において、セラミックヒータ１は、断面円形の
棒状体である支持体３と、支持体３の先端部内に埋設さ
れる断面Ｕ字形の発熱体２からなる。発熱体２の一端に
は電極線４の先端４１が埋設され、電極線４の他端は支
持体３の基端部へ延びて支持体３の外周表面に露出する
端子部４２を形成している。また発熱体２の他端には電
極線５の先端５１が埋設され、電極線５の他端は支持体
３の中間部で支持体３の外周表面に露出する端子部５２
を形成している。なお、上記電極線４、５はタングステ
ン、モリブデン等の高融点金属またはその合金からな
る。
【００２２】上記電極線４、５の端子部４２、５２が露
出する支持体３の外周表面にはニッケルメッキが施され
ている。しかして、セラミックヒータ１をハウジング６
内に挿通すると（図２）、上記支持体３は、このニッケ
ルメッキ層を介して上記筒状金属部材６１内周面にロウ
付けされる。上記筒状金属部材６１はセラミックヒータ
１を保持するとともに、上記電極線５の端子部５２と電
気的に接続される。一方、支持体３の基端部に露出する
上記電極線４の端子部４２は、上記金属キャップ７の内
周面にロウ付けされ、金属線７１より中軸８を経て電源
に接続している。かくして図示しない電源より、中軸
８、金属線７１、金属キャップ７、電極線４、発熱体
２、電極線５、筒状部材６１、ハウジング６を経て、図
示しないエンジンブロックへ通電が可能となる。
出する支持体３の外周表面にはニッケルメッキが施され
ている。しかして、セラミックヒータ１をハウジング６
内に挿通すると（図２）、上記支持体３は、このニッケ
ルメッキ層を介して上記筒状金属部材６１内周面にロウ
付けされる。上記筒状金属部材６１はセラミックヒータ
１を保持するとともに、上記電極線５の端子部５２と電
気的に接続される。一方、支持体３の基端部に露出する
上記電極線４の端子部４２は、上記金属キャップ７の内
周面にロウ付けされ、金属線７１より中軸８を経て電源
に接続している。かくして図示しない電源より、中軸
８、金属線７１、金属キャップ７、電極線４、発熱体
２、電極線５、筒状部材６１、ハウジング６を経て、図
示しないエンジンブロックへ通電が可能となる。
【００２３】セラミックヒータ１の上記支持体３は、導
電性セラミックであるＭｏＳｉ2 と、絶縁性セラミック
であるＳｉ3 Ｎ4 を基本成分とし、焼結助剤としてＹ2
Ｏ3およびＡｌ2 Ｏ3 を添加したセラミック焼結体より
なる。また、Ｙ2 Ｏ3 に代えて他の希土類元素の酸化
物、例えばＹｂ2 Ｏ3 等を用いてもよく、その一種また
はそれ以上を使用すればよい。そして、Ｓｉ3 Ｎ4 の粒
径を、ＭｏＳｉ2 と同じかやや小さくすることにより、
導電性のＭｏＳｉ2 粒子が絶縁性のＳｉ3 Ｎ4 粒子で囲
まれて分断された組織となり、絶縁性を発現する。具体
的には、例えば、平均粒径０．９μm のＭｏＳｉ2 と、
平均粒径０．６μm のＳｉ3 Ｎ4 を用いることができ
る。
電性セラミックであるＭｏＳｉ2 と、絶縁性セラミック
であるＳｉ3 Ｎ4 を基本成分とし、焼結助剤としてＹ2
Ｏ3およびＡｌ2 Ｏ3 を添加したセラミック焼結体より
なる。また、Ｙ2 Ｏ3 に代えて他の希土類元素の酸化
物、例えばＹｂ2 Ｏ3 等を用いてもよく、その一種また
はそれ以上を使用すればよい。そして、Ｓｉ3 Ｎ4 の粒
径を、ＭｏＳｉ2 と同じかやや小さくすることにより、
導電性のＭｏＳｉ2 粒子が絶縁性のＳｉ3 Ｎ4 粒子で囲
まれて分断された組織となり、絶縁性を発現する。具体
的には、例えば、平均粒径０．９μm のＭｏＳｉ2 と、
平均粒径０．６μm のＳｉ3 Ｎ4 を用いることができ
る。
【００２４】上記発熱体２は、ＭｏＳｉ2 等の導電性セ
ラミックと、Ｓｉ3 Ｎ4 等の絶縁性セラミックを基本成
分とし、焼結助剤として少なくともＡｌ2 Ｏ3 を添加し
たセラミック焼結体よりなる。焼結助剤として、さらに
Ｙ2 Ｏ3 またはＹｂ2 Ｏ3 等の希土類元素の酸化物を添
加してもよい。そして、Ｓｉ3 Ｎ4 の粒径をＭｏＳｉ2
より大きくすることにより、絶縁性のＳｉ3 Ｎ4 粒子
が、互いに連続する導電性のＭｏＳｉ2 粒子で包まれた
組織となり、導電性を発現する。具体的には、例えば、
平均粒径０．９μm のＭｏＳｉ2 と、平均粒径１３μm
のＳｉ3 Ｎ4 を用いることができる。
ラミックと、Ｓｉ3 Ｎ4 等の絶縁性セラミックを基本成
分とし、焼結助剤として少なくともＡｌ2 Ｏ3 を添加し
たセラミック焼結体よりなる。焼結助剤として、さらに
Ｙ2 Ｏ3 またはＹｂ2 Ｏ3 等の希土類元素の酸化物を添
加してもよい。そして、Ｓｉ3 Ｎ4 の粒径をＭｏＳｉ2
より大きくすることにより、絶縁性のＳｉ3 Ｎ4 粒子
が、互いに連続する導電性のＭｏＳｉ2 粒子で包まれた
組織となり、導電性を発現する。具体的には、例えば、
平均粒径０．９μm のＭｏＳｉ2 と、平均粒径１３μm
のＳｉ3 Ｎ4 を用いることができる。
【００２５】上記発熱体２または支持体３における導電
性セラミックとしては、上記したＭｏＳｉ2 以外の金属
の炭化物、珪化物、窒化物、またはホウ化物を用いても
よく、これらの少なくとも一種を使用する。導電性セラ
ミックと絶縁性セラミックの配合割合は、例えば１０〜
４０：９０〜６０（重量％）とすればよく、発熱体２、
支持体３で同一またはそれに近い配合割合とすれば熱膨
張係数等の差が小さくなるのでより好ましい。焼結助剤
としては、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、またはＡｌ2 Ｏ3 以
外の他の焼結助剤を少量添加することも可能である。
性セラミックとしては、上記したＭｏＳｉ2 以外の金属
の炭化物、珪化物、窒化物、またはホウ化物を用いても
よく、これらの少なくとも一種を使用する。導電性セラ
ミックと絶縁性セラミックの配合割合は、例えば１０〜
４０：９０〜６０（重量％）とすればよく、発熱体２、
支持体３で同一またはそれに近い配合割合とすれば熱膨
張係数等の差が小さくなるのでより好ましい。焼結助剤
としては、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、またはＡｌ2 Ｏ3 以
外の他の焼結助剤を少量添加することも可能である。
【００２６】本発明では、上記支持体３の希土類元素の
酸化物の添加量を、上記発熱体２よりも多くすること、
および上記発熱体２のＡｌ2 Ｏ3 の添加量を上記支持体
３のＡｌ2 Ｏ3 の添加量より多くすることを必須要件と
する。具体的には、例えば、Ｓｉ3 Ｎ4 とＭｏＳｉ2 の
総量に対する希土類元素の酸化物の添加量を、支持体３
は７重量％、発熱体２は３重量％とすることで、長時間
使用による抵抗値の上昇を防止できる。また、Ａｌ2 Ｏ
3 の添加量を、支持体３は３重量％、発熱体２は７重量
％とすることで、クラックの発生が抑制できる。
酸化物の添加量を、上記発熱体２よりも多くすること、
および上記発熱体２のＡｌ2 Ｏ3 の添加量を上記支持体
３のＡｌ2 Ｏ3 の添加量より多くすることを必須要件と
する。具体的には、例えば、Ｓｉ3 Ｎ4 とＭｏＳｉ2 の
総量に対する希土類元素の酸化物の添加量を、支持体３
は７重量％、発熱体２は３重量％とすることで、長時間
使用による抵抗値の上昇を防止できる。また、Ａｌ2 Ｏ
3 の添加量を、支持体３は３重量％、発熱体２は７重量
％とすることで、クラックの発生が抑制できる。
【００２７】次に、この希土類元素の酸化物とＡｌ2 Ｏ
3 の添加量の違いによる効果を確認するための試験を行
なった。 （１）まず、以下のようにして試験用の試料を作成し
た。支持体と発熱体の基本成分をいずれも７０Ｓｉ3 Ｎ
4 −３０ＭｏＳｉ2 （重量％）とし、支持体は平均粒径
が０．９μm のＭｏＳｉ2 と平均粒径が０．６μm のＳ
ｉ3 Ｎ4 を、発熱体には平均粒径が０．９μm のＭｏＳ
ｉ2 と平均粒径が１３μm のＳｉ3 Ｎ4 を使用した。Ｓ
ｉ3 Ｎ4 とＭｏＳｉ2 の総量に対する焼結助剤の添加量
を、発熱体はＹ2 Ｏ3 ３重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ７重量％と
し、支持体はＹ2 Ｏ3 ７重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ３重量％と
して、上記図１の構成のセラミックヒータを作成した
（試料Ｎｏ１）。次いで、Ｙ2 Ｏ3 とＡｌ2 Ｏ3 の添加
量を、表１のように変更し、支持体のＡｌ2 Ｏ3 添加量
が発熱体より多いもの、発熱体のＹ2 Ｏ3 添加量が支持
体より多いもの、これらを組合せたものについてそれぞ
れ試料を作成して試料Ｎｏ２〜４とした。さらに、発熱
体、支持体ともにＹ2 Ｏ3 ７重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ３重量
％とした従来の組成によるヒータを作成し、比較用の試
料Ｎｏ５とした。
3 の添加量の違いによる効果を確認するための試験を行
なった。 （１）まず、以下のようにして試験用の試料を作成し
た。支持体と発熱体の基本成分をいずれも７０Ｓｉ3 Ｎ
4 −３０ＭｏＳｉ2 （重量％）とし、支持体は平均粒径
が０．９μm のＭｏＳｉ2 と平均粒径が０．６μm のＳ
ｉ3 Ｎ4 を、発熱体には平均粒径が０．９μm のＭｏＳ
ｉ2 と平均粒径が１３μm のＳｉ3 Ｎ4 を使用した。Ｓ
ｉ3 Ｎ4 とＭｏＳｉ2 の総量に対する焼結助剤の添加量
を、発熱体はＹ2 Ｏ3 ３重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ７重量％と
し、支持体はＹ2 Ｏ3 ７重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ３重量％と
して、上記図１の構成のセラミックヒータを作成した
（試料Ｎｏ１）。次いで、Ｙ2 Ｏ3 とＡｌ2 Ｏ3 の添加
量を、表１のように変更し、支持体のＡｌ2 Ｏ3 添加量
が発熱体より多いもの、発熱体のＹ2 Ｏ3 添加量が支持
体より多いもの、これらを組合せたものについてそれぞ
れ試料を作成して試料Ｎｏ２〜４とした。さらに、発熱
体、支持体ともにＹ2 Ｏ3 ７重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ３重量
％とした従来の組成によるヒータを作成し、比較用の試
料Ｎｏ５とした。
【００２８】焼成は、アルゴンガス雰囲気下、１気圧
で、圧力は５００Ｋｇｆ／ｃｍ2 とし、焼結助剤量の変
更による焼成条件の変化に対しては、各々の最適な焼成
条件となるように、焼成温度を１５６０℃〜１８５０℃
の範囲内で変えて行なった（以下に説明する試料は全
て、各々の最適な焼成条件となるように、焼成温度を適
宜変更して作成した）。
で、圧力は５００Ｋｇｆ／ｃｍ2 とし、焼結助剤量の変
更による焼成条件の変化に対しては、各々の最適な焼成
条件となるように、焼成温度を１５６０℃〜１８５０℃
の範囲内で変えて行なった（以下に説明する試料は全
て、各々の最適な焼成条件となるように、焼成温度を適
宜変更して作成した）。
【００２９】上記試料Ｎｏ１〜５のセラミックヒータを
用いて上記図２に示したグロープラグを作成し、以下の
試験を行なった。まず、通電の繰り返しによる抵抗値変
化を調べるため、通電１分、非通電１分の繰り返しを１
サイクルとした冷熱試験を行なった。このときのヒータ
温度は初期に通電時の発熱による飽和温度を１３００℃
にし、非通電時はファンでヒータを１００℃以下に冷却
した。評価は各試料につき４本づつ同様の試験を実施し
て、そのうちの１本が抵抗値上昇により通電時のヒータ
飽和温度が１００℃低下して１２００℃になったサイク
ル数を寿命サイクルとした。表１に結果を示す。
用いて上記図２に示したグロープラグを作成し、以下の
試験を行なった。まず、通電の繰り返しによる抵抗値変
化を調べるため、通電１分、非通電１分の繰り返しを１
サイクルとした冷熱試験を行なった。このときのヒータ
温度は初期に通電時の発熱による飽和温度を１３００℃
にし、非通電時はファンでヒータを１００℃以下に冷却
した。評価は各試料につき４本づつ同様の試験を実施し
て、そのうちの１本が抵抗値上昇により通電時のヒータ
飽和温度が１００℃低下して１２００℃になったサイク
ル数を寿命サイクルとした。表１に結果を示す。
【００３０】次に、クラックの発生に関し、水中スポー
リング試験を行なった。これは、グロープラグに通電
し、所定の飽和温度に発熱させた後、２０℃の水中に金
属パイプから突出しているヒータ先端部を浸漬させ、表
面に発生するクラックの有無を調査する試験で、具体的
には、飽和温度が５００℃で水中スポーリング試験を行
ない、クラックが発生していなければ、飽和温度を１０
０℃上げ、６００℃として水中スポーリング試験を行な
った。このようにして１３００℃まで、もしくはクラッ
クが発生するまで、１００℃づつ温度を上げて評価し
た。評価は各試料について４本づつ同様の試験を実施
し、結果を表１に併記した。
リング試験を行なった。これは、グロープラグに通電
し、所定の飽和温度に発熱させた後、２０℃の水中に金
属パイプから突出しているヒータ先端部を浸漬させ、表
面に発生するクラックの有無を調査する試験で、具体的
には、飽和温度が５００℃で水中スポーリング試験を行
ない、クラックが発生していなければ、飽和温度を１０
０℃上げ、６００℃として水中スポーリング試験を行な
った。このようにして１３００℃まで、もしくはクラッ
クが発生するまで、１００℃づつ温度を上げて評価し
た。評価は各試料について４本づつ同様の試験を実施
し、結果を表１に併記した。
【００３１】表１より、冷熱試験については、発熱体の
Ｙ2 Ｏ3 添加量（３重量％）を支持体の添加量（７重量
％）より少なくした試料Ｎｏ１、２が、従来組成の試料
Ｎｏ５に比べ、寿命が向上している。また、水中スポー
リング試験については、発熱体のＡｌ2 Ｏ3 添加量（７
重量％）を支持体の添加量（３重量％）より多くした試
料Ｎｏ１、３が試料Ｎｏ５に比べ改良されていることが
わかる。この結果、通電の繰り返しによる抵抗値変化と
クラックの発生に対して共に効果があるのは、試料Ｎｏ
１の場合、つまり、発熱体のＹ2 Ｏ3 添加量が支持体よ
り少なく、かつ発熱体のＡｌ2 Ｏ3 添加量が支持体より
多い場合であることがわかる。
Ｙ2 Ｏ3 添加量（３重量％）を支持体の添加量（７重量
％）より少なくした試料Ｎｏ１、２が、従来組成の試料
Ｎｏ５に比べ、寿命が向上している。また、水中スポー
リング試験については、発熱体のＡｌ2 Ｏ3 添加量（７
重量％）を支持体の添加量（３重量％）より多くした試
料Ｎｏ１、３が試料Ｎｏ５に比べ改良されていることが
わかる。この結果、通電の繰り返しによる抵抗値変化と
クラックの発生に対して共に効果があるのは、試料Ｎｏ
１の場合、つまり、発熱体のＹ2 Ｏ3 添加量が支持体よ
り少なく、かつ発熱体のＡｌ2 Ｏ3 添加量が支持体より
多い場合であることがわかる。
【００３２】（２）次に、この関係が添加量の多少にか
かわらず成り立つかどうかを調べた。表２に示すよう
に、試料Ｎｏ６〜９では、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を一定（発
熱体：７重量％、支持体：３重量％）とし、Ｙ2 Ｏ3 添
加量を、支持体が発熱体より常に多くなるように保った
まま増減した。試料Ｎｏ１０〜１３では、Ｙ2 Ｏ3 添加
量を一定（発熱体：３重量％、支持体：７重量％）と
し、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を発熱体が常に多くなるように保
ったまま増減した。上記（１）と同様にして試料を作成
し、評価を行なった。結果を表２に併記する。
かわらず成り立つかどうかを調べた。表２に示すよう
に、試料Ｎｏ６〜９では、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を一定（発
熱体：７重量％、支持体：３重量％）とし、Ｙ2 Ｏ3 添
加量を、支持体が発熱体より常に多くなるように保った
まま増減した。試料Ｎｏ１０〜１３では、Ｙ2 Ｏ3 添加
量を一定（発熱体：３重量％、支持体：７重量％）と
し、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を発熱体が常に多くなるように保
ったまま増減した。上記（１）と同様にして試料を作成
し、評価を行なった。結果を表２に併記する。
【００３３】表２の結果を従来組成の試料Ｎｏ５（表
１）と比較すると、全試料で冷熱試験結果が向上してお
り、クラックの発生も見られない。なお、寿命サイクル
は市場での信頼性を考慮すると１００００サイクル以上
であることがより好ましく、特に、支持体のＹ2 Ｏ3 添
加量、または発熱体のＡｌ2 Ｏ3 添加量が比較的少ない
試料Ｎｏ６〜８、試料Ｎｏ１０〜１２で１２０００〜１
５０００サイクルと高く、良好な結果が得られた。支持
体のＹ2 Ｏ3 添加量を２５重量％とした試料Ｎｏ９と、
発熱体のＡｌ2 Ｏ3 添加量を２０重量％とした試料Ｎｏ
１３では冷熱試験の寿命サイクルがやや低い値となっ
た。
１）と比較すると、全試料で冷熱試験結果が向上してお
り、クラックの発生も見られない。なお、寿命サイクル
は市場での信頼性を考慮すると１００００サイクル以上
であることがより好ましく、特に、支持体のＹ2 Ｏ3 添
加量、または発熱体のＡｌ2 Ｏ3 添加量が比較的少ない
試料Ｎｏ６〜８、試料Ｎｏ１０〜１２で１２０００〜１
５０００サイクルと高く、良好な結果が得られた。支持
体のＹ2 Ｏ3 添加量を２５重量％とした試料Ｎｏ９と、
発熱体のＡｌ2 Ｏ3 添加量を２０重量％とした試料Ｎｏ
１３では冷熱試験の寿命サイクルがやや低い値となっ
た。
【００３４】Ｙ2 Ｏ3 およびＡｌ2 Ｏ3 の増量は、マト
リックスを構成するＭｏＳｉ2 とＳｉ3 Ｎ4 の粒界のガ
ラス層が増えることを意味する。試料Ｎｏ９は冷熱試験
の温度条件で粒界のガラスが支持体表面へ溶出したもの
であり、試料Ｎｏ１３は粒界のガラス層が多いためＭｏ
Ｓｉ2 の導電パスが不安定になり、冷熱の繰り返しによ
り抵抗値が上昇したものと考えられる。
リックスを構成するＭｏＳｉ2 とＳｉ3 Ｎ4 の粒界のガ
ラス層が増えることを意味する。試料Ｎｏ９は冷熱試験
の温度条件で粒界のガラスが支持体表面へ溶出したもの
であり、試料Ｎｏ１３は粒界のガラス層が多いためＭｏ
Ｓｉ2 の導電パスが不安定になり、冷熱の繰り返しによ
り抵抗値が上昇したものと考えられる。
【００３５】以上より、支持体については、Ｙ2 Ｏ3 添
加量を２０重量％以内で発熱体より多くし、発熱体につ
いては、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を１５重量％以内で支持体よ
り添加量を多くすることがより望ましいといえる。
加量を２０重量％以内で発熱体より多くし、発熱体につ
いては、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を１５重量％以内で支持体よ
り添加量を多くすることがより望ましいといえる。
【００３６】（３）次にＹ2 Ｏ3 とＡｌ2 Ｏ3 の添加量
がある範囲を越えると、冷熱試験での寿命が短くなると
いう（２）の結果に基づき、添加総量の最適範囲を確認
する試験を行なった。Ｙ2 Ｏ3 とＡｌ2 Ｏ3 の添加量を
表３のように変更した以外は上記（１）と同様にして試
料Ｎｏ１４〜１７を作成し、評価を行なった。結果をガ
ラス溶出の有無とともに表３に併記する。
がある範囲を越えると、冷熱試験での寿命が短くなると
いう（２）の結果に基づき、添加総量の最適範囲を確認
する試験を行なった。Ｙ2 Ｏ3 とＡｌ2 Ｏ3 の添加量を
表３のように変更した以外は上記（１）と同様にして試
料Ｎｏ１４〜１７を作成し、評価を行なった。結果をガ
ラス溶出の有無とともに表３に併記する。
【００３７】表３に明らかなように、いずれの試料も上
記試料Ｎｏ５より冷熱試験における寿命サイクルが向上
している。特に、発熱体および支持体のいずれも添加総
量を２５重量％とした試料Ｎｏ１６、１７はガラスの溶
出がなく、良好な結果が得られた。発熱体のＹ2 Ｏ3 と
Ａｌ2 Ｏ3 の添加総量を３０重量％とした試料Ｎｏ１
４、１５はガラスの溶出が見られ、試料Ｎｏ１４は、寿
命サイクルがやや短い。以上より、好ましくは、Ｙ2 Ｏ
3 とＡｌ2 Ｏ3 の添加総量を発熱体、支持体ともに２５
重量％以下とするのがよい。
記試料Ｎｏ５より冷熱試験における寿命サイクルが向上
している。特に、発熱体および支持体のいずれも添加総
量を２５重量％とした試料Ｎｏ１６、１７はガラスの溶
出がなく、良好な結果が得られた。発熱体のＹ2 Ｏ3 と
Ａｌ2 Ｏ3 の添加総量を３０重量％とした試料Ｎｏ１
４、１５はガラスの溶出が見られ、試料Ｎｏ１４は、寿
命サイクルがやや短い。以上より、好ましくは、Ｙ2 Ｏ
3 とＡｌ2 Ｏ3 の添加総量を発熱体、支持体ともに２５
重量％以下とするのがよい。
【００３８】（４）さらに、発熱体、支持体におけるＹ
2 Ｏ3 またはＡｌ2 Ｏ3 の添加量の差が寿命サイクル、
クラックの発生にどのように影響するかを確認するため
の試験を行なった。表４に示すように、Ａｌ2 Ｏ3 添加
量を一定（発熱体：７重量％、支持体：３重量％）と
し、Ｙ2 Ｏ3 添加量を変更して試料Ｎｏ１８〜２０を作
成した。また、Ｙ2 Ｏ3 添加量を一定（発熱体：３重量
％、支持体：７重量％）とし、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を表の
ように変更して試料Ｎｏ２１〜２３を作成した。それぞ
れの試料につき、上記（１）と同様の試験を行ない、結
果を表４に併記した。
2 Ｏ3 またはＡｌ2 Ｏ3 の添加量の差が寿命サイクル、
クラックの発生にどのように影響するかを確認するため
の試験を行なった。表４に示すように、Ａｌ2 Ｏ3 添加
量を一定（発熱体：７重量％、支持体：３重量％）と
し、Ｙ2 Ｏ3 添加量を変更して試料Ｎｏ１８〜２０を作
成した。また、Ｙ2 Ｏ3 添加量を一定（発熱体：３重量
％、支持体：７重量％）とし、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を表の
ように変更して試料Ｎｏ２１〜２３を作成した。それぞ
れの試料につき、上記（１）と同様の試験を行ない、結
果を表４に併記した。
【００３９】表４の結果を上記試料Ｎｏ５と比較する
と、冷熱試験における寿命サイクルはいずれも向上して
おり、発熱体より支持体のＹ2 Ｏ3 添加量が多ければ抵
抗値変化に対し効果があることがわかる。特に、Ｙ2 Ｏ
3 添加量の差が０．５重量％以上ある試料では寿命サイ
クルが１００００サイクルを越えており、より高い効果
が得られる。また、クラックの発生に関しては、Ａｌ2
Ｏ3 添加量の差を０．５重量％以上とした試料Ｎｏ２
１、２２ではクラックが全く発生しなかった。このよう
に、Ｙ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 ともに発熱体、支持体におけ
る添加量の差を０．５重量％以上とすることが好まし
く、より高い効果が得られる。
と、冷熱試験における寿命サイクルはいずれも向上して
おり、発熱体より支持体のＹ2 Ｏ3 添加量が多ければ抵
抗値変化に対し効果があることがわかる。特に、Ｙ2 Ｏ
3 添加量の差が０．５重量％以上ある試料では寿命サイ
クルが１００００サイクルを越えており、より高い効果
が得られる。また、クラックの発生に関しては、Ａｌ2
Ｏ3 添加量の差を０．５重量％以上とした試料Ｎｏ２
１、２２ではクラックが全く発生しなかった。このよう
に、Ｙ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 ともに発熱体、支持体におけ
る添加量の差を０．５重量％以上とすることが好まし
く、より高い効果が得られる。
【００４０】（５）次に、発熱体のＹ2 Ｏ3 添加量、支
持体のＡｌ2 Ｏ3 添加量の下限を確認するための試験を
行なった。表４に示すように、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を一定
（発熱体：７重量％、支持体：３重量％）とし、Ｙ2 Ｏ
3 添加量を表のように変更して試料Ｎｏ２４〜２６を作
成した。また、Ｙ2 Ｏ3 の添加量を一定（発熱体：３重
量％、支持体：７重量％）とし、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を表
のように変更して試料Ｎｏ２７〜２９を作成した。それ
ぞれの試料につき、上記（１）と同様の試験を行ない、
結果を表５に併記した。
持体のＡｌ2 Ｏ3 添加量の下限を確認するための試験を
行なった。表４に示すように、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を一定
（発熱体：７重量％、支持体：３重量％）とし、Ｙ2 Ｏ
3 添加量を表のように変更して試料Ｎｏ２４〜２６を作
成した。また、Ｙ2 Ｏ3 の添加量を一定（発熱体：３重
量％、支持体：７重量％）とし、Ａｌ2 Ｏ3 添加量を表
のように変更して試料Ｎｏ２７〜２９を作成した。それ
ぞれの試料につき、上記（１）と同様の試験を行ない、
結果を表５に併記した。
【００４１】表５の結果を上記試料Ｎｏ５と比較する
と、冷熱試験における寿命サイクルは、発熱体のＹ2 Ｏ
3 添加量を０重量％とした試料Ｎｏ２４においても他の
試料と同等の効果が見られた。また、水中スポーリング
試験に関しては、支持体のＡｌ2 Ｏ3 添加量が０重量％
の試料Ｎｏ２７ではクラックの発生が見られるが、Ａｌ
2 Ｏ3 を０．１重量％添加した試料Ｎｏ２８ではクラッ
クが発生しなかった。従って、発熱体には必ずしもＹ2
Ｏ3 を添加する必要はなく、支持体においてはＡｌ2 Ｏ
3 を０．１重量％以上添加することが望ましいことがわ
かる。
と、冷熱試験における寿命サイクルは、発熱体のＹ2 Ｏ
3 添加量を０重量％とした試料Ｎｏ２４においても他の
試料と同等の効果が見られた。また、水中スポーリング
試験に関しては、支持体のＡｌ2 Ｏ3 添加量が０重量％
の試料Ｎｏ２７ではクラックの発生が見られるが、Ａｌ
2 Ｏ3 を０．１重量％添加した試料Ｎｏ２８ではクラッ
クが発生しなかった。従って、発熱体には必ずしもＹ2
Ｏ3 を添加する必要はなく、支持体においてはＡｌ2 Ｏ
3 を０．１重量％以上添加することが望ましいことがわ
かる。
【００４２】（６）なお、上記実施例では導電性セラミ
ックとして、ＭｏＳｉ2 の場合について述べたが、導電
性セラミックを他の金属の炭化物、窒化物、ホウ化物と
してもよく、同様の効果が得られる。これを確認するた
め、表６に示すように、導電性セラミックをＷＣ、Ｔａ
Ｃ、ＴｉＮ、ＺｒＢ2 に変更し、それぞれについて、Ｙ
2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 の添加量を上記試料Ｎｏ１、試料Ｎ
ｏ５と同じにした試料を作成して（試料Ｎｏ３０〜３
６）、上記（１）と同様の試験を行なった。結果を表６
に併記する。表中、試料Ｎｏ３０、３２、３４、３６が
試料Ｎｏ１と、試料Ｎｏ３１、３３、３５、３７が試料
Ｎｏ５と助剤の添加量を同じにした例である。表に明ら
かなように、導電性セラミックの種類を変更した場合に
おいても、支持体のＹ2 Ｏ3 添加量を発熱体より多く、
発熱体のＡｌ2 Ｏ3 添加量を支持体より多くすること
で、寿命サイクルが大きく改善され、クラックの発生が
抑制されていることがわかる。
ックとして、ＭｏＳｉ2 の場合について述べたが、導電
性セラミックを他の金属の炭化物、窒化物、ホウ化物と
してもよく、同様の効果が得られる。これを確認するた
め、表６に示すように、導電性セラミックをＷＣ、Ｔａ
Ｃ、ＴｉＮ、ＺｒＢ2 に変更し、それぞれについて、Ｙ
2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 の添加量を上記試料Ｎｏ１、試料Ｎ
ｏ５と同じにした試料を作成して（試料Ｎｏ３０〜３
６）、上記（１）と同様の試験を行なった。結果を表６
に併記する。表中、試料Ｎｏ３０、３２、３４、３６が
試料Ｎｏ１と、試料Ｎｏ３１、３３、３５、３７が試料
Ｎｏ５と助剤の添加量を同じにした例である。表に明ら
かなように、導電性セラミックの種類を変更した場合に
おいても、支持体のＹ2 Ｏ3 添加量を発熱体より多く、
発熱体のＡｌ2 Ｏ3 添加量を支持体より多くすること
で、寿命サイクルが大きく改善され、クラックの発生が
抑制されていることがわかる。
【００４３】さらに、焼結助剤として、Ｙ2 Ｏ3 と同様
の汎用性のあるＹｂ2 Ｏ3 を用いた場合の効果を調べ
た。上記（１）の試料Ｎｏ１〜５のＹ2 Ｏ3 の代わりに
Ｙｂ2Ｏ3 を用いた以外は同様にして５種類の試料を作
成し（試料Ｎｏ３８〜４２）、試験を行なった。結果を
表７に示す。表に明らかなように、Ｙｂ2 Ｏ3 を用いた
場合でも、寿命サイクル、クラックの発生に対し同様の
効果が得られることがわかる。
の汎用性のあるＹｂ2 Ｏ3 を用いた場合の効果を調べ
た。上記（１）の試料Ｎｏ１〜５のＹ2 Ｏ3 の代わりに
Ｙｂ2Ｏ3 を用いた以外は同様にして５種類の試料を作
成し（試料Ｎｏ３８〜４２）、試験を行なった。結果を
表７に示す。表に明らかなように、Ｙｂ2 Ｏ3 を用いた
場合でも、寿命サイクル、クラックの発生に対し同様の
効果が得られることがわかる。
【００４４】以上の結果に明らかなように、発熱体、支
持体ともに、焼結助剤として希土類元素の酸化物とＡｌ
2 Ｏ3 を添加し、かつ支持体の希土類元素の酸化物の添
加量を発熱体より多くし、発熱体のＡｌ2 Ｏ3 量を支持
体より多くすることにより、通電の繰り返しによる抵抗
値変化と、クラックの発生に対し効果があることがわか
る。さらに、発熱体において、導電性セラミックおよび
絶縁性セラミックの総量に対し、希土類元素の酸化物の
添加量を０〜１９．５重量％、Ａｌ2 Ｏ3 の添加量を
０．１〜１５重量％とし、かつこれら焼結助剤の添加総
量が２５重量％以下とすること、支持体においては、導
電性セラミックおよび絶縁性セラミックの総量に対し、
希土類元素の酸化物の添加量を０．１〜２０重量％、Ａ
ｌ2 Ｏ3 の添加量を０．１〜１４．５重量％とし、かつ
これら焼結助剤の添加総量を２５重量％以下とすること
でより大きな効果が得られる。
持体ともに、焼結助剤として希土類元素の酸化物とＡｌ
2 Ｏ3 を添加し、かつ支持体の希土類元素の酸化物の添
加量を発熱体より多くし、発熱体のＡｌ2 Ｏ3 量を支持
体より多くすることにより、通電の繰り返しによる抵抗
値変化と、クラックの発生に対し効果があることがわか
る。さらに、発熱体において、導電性セラミックおよび
絶縁性セラミックの総量に対し、希土類元素の酸化物の
添加量を０〜１９．５重量％、Ａｌ2 Ｏ3 の添加量を
０．１〜１５重量％とし、かつこれら焼結助剤の添加総
量が２５重量％以下とすること、支持体においては、導
電性セラミックおよび絶縁性セラミックの総量に対し、
希土類元素の酸化物の添加量を０．１〜２０重量％、Ａ
ｌ2 Ｏ3 の添加量を０．１〜１４．５重量％とし、かつ
これら焼結助剤の添加総量を２５重量％以下とすること
でより大きな効果が得られる。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
【表３】
【００４８】
【表４】
【００４９】
【表５】
【００５０】
【表６】
【００５１】
【表７】
【００５２】
【発明の効果】このように、本発明によれば、高温で使
用しても抵抗値の変化が小さく、かつ、クラックの発生
しない耐熱衝撃性に優れたセラミックヒータが得られ
る。従って、グロープラグ等に適用されてその信頼性を
大きく向上することができる。
用しても抵抗値の変化が小さく、かつ、クラックの発生
しない耐熱衝撃性に優れたセラミックヒータが得られ
る。従って、グロープラグ等に適用されてその信頼性を
大きく向上することができる。
【図１】本発明の一実施例を示すセラミックヒータの断
面図である。
面図である。
【図２】本発明のセラミックヒータを適用したグロープ
ラグの全体断面図である。
ラグの全体断面図である。
１ セラミックヒ−タ ２ 発熱体 ３ 支持体 ４、５ 電極線
Claims (8)
- 【請求項１】 電気絶縁性の支持体と、その先端部に一
体に形成される導電性の発熱体を備え、上記支持体およ
び上記発熱体はいずれも導電性セラミックと絶縁性セラ
ミックの混合焼結体よりなり、上記支持体は、導電性セ
ラミック粒子がこれを包む絶縁性セラミック粒子により
互いに分断されることにより絶縁性を示し、上記発熱体
は、互いに連続する導電性セラミック粒子で絶縁性セラ
ミック粒子を包むことにより導電性を示すセラミックヒ
ータにおいて、上記発熱体に焼結助剤として少なくとも
酸化アルミニウムを添加し、上記支持体に焼結助剤とし
て少なくとも希土類元素の酸化物と、酸化アルミニウム
とを添加するとともに、上記発熱体の酸化アルミニウム
添加量を上記支持体の酸化アルミニウム添加量よりも多
くしたことを特徴とするセラミックヒータ。 - 【請求項２】 上記発熱体において、導電性セラミック
および絶縁性セラミックの総量に対する酸化アルミニウ
ムの添加量が０．１〜１５重量％であることを特徴とす
る請求項１記載のセラミックヒータ。 - 【請求項３】 電気絶縁性の支持体と、その先端部に一
体に形成される導電性の発熱体を備え、上記支持体およ
び上記発熱体はいずれも導電性セラミックと絶縁性セラ
ミックの混合焼結体よりなり、上記支持体は、導電性セ
ラミック粒子がこれを包む絶縁性セラミック粒子により
互いに分断されることにより絶縁性を示し、上記発熱体
は、互いに連続する導電性セラミック粒子で絶縁性セラ
ミック粒子を包むことにより導電性を示すセラミックヒ
ータにおいて、上記支持体および上記発熱体に、焼結助
剤として少なくとも希土類元素の酸化物と、酸化アルミ
ニウムとを添加し、かつ上記支持体の希土類元素の酸化
物の添加量を上記発熱体の希土類元素の酸化物の添加量
より多くし、上記発熱体の酸化アルミニウムの添加量を
上記支持体の酸化アルミニウムの添加量よりも多くした
ことを特徴とするセラミックヒータ。 - 【請求項４】 上記発熱体において、導電性セラミック
および絶縁性セラミックの総量に対する希土類元素の酸
化物の添加量が０．１〜１９．５重量％、酸化アルミニ
ウムの添加量が０．１〜１５重量％であり、希土類元素
の酸化物と酸化アルミニウムの添加総量が２５重量％以
下であることを特徴とする請求項３記載のセラミックヒ
ータ。 - 【請求項５】 上記支持体において、導電性セラミック
および絶縁性セラミックの総量に対する希土類元素の酸
化物の添加量が０．１〜２０重量％、酸化アルミニウム
の添加量が０．１〜１４．５重量％であり、希土類元素
の酸化物と酸化アルミニウムの添加総量が２５重量％以
下であることを特徴とする請求項１ないし４記載のセラ
ミックヒータ。 - 【請求項６】 上記支持体の希土類元素の酸化物の添加
量を、上記発熱体より０．５重量％以上多くし、上記発
熱体の酸化アルミニウムの添加量を、上記支持体より
０．５重量％以上多くしたことを特徴とする請求項１な
いし５記載のセラミックヒータ。 - 【請求項７】 上記希土類元素の酸化物が酸化イットリ
ウムまたは酸化イッテルビウムである請求項１ないし６
記載のセラミックヒータ。 - 【請求項８】 上記絶縁性セラミックが窒化珪素であ
り、上記導電性セラミックが金属の炭化物、珪化物、窒
化物、またはホウ化物より選ばれる少なくとも１種であ
る請求項１ないし７記載のセラミックヒータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20023694A JP3601079B2 (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | セラミックヒータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20023694A JP3601079B2 (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | セラミックヒータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0845648A true JPH0845648A (ja) | 1996-02-16 |
| JP3601079B2 JP3601079B2 (ja) | 2004-12-15 |
Family
ID=16421079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20023694A Expired - Fee Related JP3601079B2 (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | セラミックヒータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3601079B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000327426A (ja) * | 1999-05-21 | 2000-11-28 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 発熱抵抗体並びにセラミックヒータ用発熱抵抗体及びそれを用いたセラミックヒータ |
| JP2001130967A (ja) * | 1999-10-29 | 2001-05-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 窒化珪素質焼結体、その製造方法及び該窒化珪素質焼結体を用いたセラミックヒータ並びに該セラミックヒータを備えるグロープラグ |
| JP2002220285A (ja) * | 2001-01-17 | 2002-08-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 窒化珪素／炭化タングステン複合焼結体及びその製造方法 |
| JP2003145229A (ja) * | 2001-07-30 | 2003-05-20 | Beru Ag | 棒状加熱要素を管状キャリヤ要素に接合する方法およびこの方法によって特徴づけられるグロー・プラグ |
| US6621052B2 (en) | 2000-12-08 | 2003-09-16 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride-tungsten carbide composite sintered material, process for preparing the same and glow plug |
| US7282670B2 (en) | 2002-04-26 | 2007-10-16 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic heater and glow plug having the same |
| JP2010257956A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-11-11 | Ngk Insulators Ltd | セラミックヒータ及びその製造方法 |
-
1994
- 1994-08-02 JP JP20023694A patent/JP3601079B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000327426A (ja) * | 1999-05-21 | 2000-11-28 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 発熱抵抗体並びにセラミックヒータ用発熱抵抗体及びそれを用いたセラミックヒータ |
| JP2001130967A (ja) * | 1999-10-29 | 2001-05-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 窒化珪素質焼結体、その製造方法及び該窒化珪素質焼結体を用いたセラミックヒータ並びに該セラミックヒータを備えるグロープラグ |
| US6621052B2 (en) | 2000-12-08 | 2003-09-16 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride-tungsten carbide composite sintered material, process for preparing the same and glow plug |
| JP2002220285A (ja) * | 2001-01-17 | 2002-08-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 窒化珪素／炭化タングステン複合焼結体及びその製造方法 |
| US6563089B2 (en) | 2001-01-17 | 2003-05-13 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride—tungsten carbide composite sintered material, production process therefor, and glow plug comprising the same |
| JP2003145229A (ja) * | 2001-07-30 | 2003-05-20 | Beru Ag | 棒状加熱要素を管状キャリヤ要素に接合する方法およびこの方法によって特徴づけられるグロー・プラグ |
| JP4515693B2 (ja) * | 2001-07-30 | 2010-08-04 | ベル エイジー | 棒状加熱要素を管状キャリヤ要素に接合する方法およびこの方法によって特徴づけられるグロー・プラグ |
| US7282670B2 (en) | 2002-04-26 | 2007-10-16 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic heater and glow plug having the same |
| JP2010257956A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-11-11 | Ngk Insulators Ltd | セラミックヒータ及びその製造方法 |
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|---|---|
| JP3601079B2 (ja) | 2004-12-15 |
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